ES2255241T3 - Antena de cuadro para aparato de radio. - Google Patents
Antena de cuadro para aparato de radio.Info
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Abstract
Un pequeño aparato radio tal como un radiobuscador tiene una antena de lazo de circuito impreso (12) que comprende un lazo generalmente estirado formado por un primer y un segundo conductores eléctricos (22, 24) interconectados por medio de una primera y de una segunda partes extremas eléctricamente conductoras (18, 20). Una capacidad Q de un alto valor fijo (26) se incorpora dentro de la primera parte extrema (18) y una capacidad variable (30) se incorpora en una derivación (28) que interconecta al primer y al segundo conductores (22, 24) adyacentes a, pero espaciados de la segunda parte extrema (20). La antena de lazo puede estar fabricada a partir de un material de bajas pérdidas o puede comprender una pista o pistas adyacentes opuestas espalda con espalda sobre un sustrato dieléctrico. La antena de lazo (12) puede estar conectada directamente a una circuitería de RF o se puede acoplar de manera inductiva a la circuitería de RF.
Description
Antena de cuadro para aparato de radio.
La presente invención se refiere a un aparato de
radio y particularmente, pero no exclusivamente, a un pequeño
aparato físico que tiene una antena de cuadro, por ejemplo un busca.
La presente invención también se refiere a una antena de cuadro.
El uso de antenas de cuadro en buscas es
conocido, y normalmente la antena es una banda de metal doblada en
una forma deseada y un único condensador variable está conectado a
través de los extremos del bucle para sintonizar la antena. Puesto
que los buscas están diseñados para ser productos de bajo coste, los
costes de los componentes se minimizan siempre que sea apropiado y
los condensadores variables de bajo coste tienen el inconveniente
de ser disipativos a las frecuencias de interés y pueden tener un
rendimiento térmico pobre. Además, el uso de un condensador
variable individual para sintonizar la antena a través de un
intervalo de frecuencia amplio tiene la desventaja de que la
sintonización es crítica.
Un ejemplo de una antena de cuadro se describe en
los resúmenes de patentes japonesas, Pantent Abstracts of Japan
vol. 9, nº 27, (E-294); y en el documento JP
59172804A (Nipón Denki K.K) del 29 de septiembre de 1984,
comprendiendo la antena un primer y un segundo bucle conectados en
paralelo y formados ortogonalmente uno respecto a otro, y teniendo
un condensador variable montado en paralelo con el primer y el
segundo bucle. La sintonización se determina por el condensador
variable.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una antena relativamente eficiente, pequeña, usando
componentes de bajo coste y que sea relativamente fácil de
sintonizar.
Según un primer aspecto de la presente invención,
se proporciona una antena de cuadro que comprende un bucle
generalmente alargado formado por un primer y un segundo conductor
eléctrico interconectados por un primer y un segundo extremo
eléctricamente conductores, un contacto que interconecta el primer y
el segundo conductor adyacente a, pero separado del segundo
extremo, y una capacidad variable en dicho contacto, caracterizada
por una capacidad de valor fijo para determinar la sintonización de
la antena y que tiene un factor Q superior a la capacidad variable,
y estando incorporada en el primer extremo.
Según un segundo aspecto de la presente invención
se proporciona un aparato de radio que comprende una antena de
cuadro según el primer aspecto de la invención.
Al usar un condensador de valor fijo y una
capacidad variable situada a distancia, la sintonización de la
antena está dominada por la capacidad de valor fijo, que tiene un
factor Q superior a la capacidad variable, produciendo un intervalo
de sintonización restringido que permite sintonizar la antena de una
manera menos crítica por la capacidad variable, que puede ser un
componente de bajo coste. La elección de la situación del contacto
se selecciona teniendo en cuenta el criterio de que, al mover el
contacto hacia la capacidad de valor fijo, aumenta el intervalo de
sintonización pero también aumentan las pérdidas y que, al mover el
contacto hacia el segundo extremo, disminuye el intervalo de
sintonización pero lleva a una mayor eficacia.
La capacidad variable puede comprender un
condensador ajustable mecánicamente o una capacidad ajustable
eléctricamente, como un varactor. Mientras que una capacidad
ajustable eléctricamente permite sintonizar la antena en diferentes
frecuencias, componentes como los varactores son dispositivos
disipativos. El efecto disipativo puede contrarrestarse minimizando
el intervalo de sintonización eléctrica en la antena de cuadro y
proporcionando otro contacto adyacente a, pero separado del primer
contacto mencionado, teniendo un condensador ajustable mecánicamente
con suficiente intervalo de sintonización para corregir variaciones
de la frecuencia resonante debido a las tolerancias de
fabricación.
Un condensador de bloqueo cc de alto valor puede
incorporarse en el segundo extremo de la antena y se fijan
conexiones de una fuente de voltaje que polariza el varactor a la
antena a ambos lados del condensador de bloqueo.
Un modo conveniente de realizar la antena de
cuadro es una pista eléctricamente conductora sobre un sustrato
aislante. Se observa que las pérdidas en el sustrato son
inaceptables, puede preverse un segundo bucle en la cara opuesta
del sustrato, incluyendo el segundo bucle una capacidad de valor
fijo pero que no tiene un contacto. Cualquier efecto de borde que
produzca pérdidas puede contrarrestarse interconectando los bucles
a través del sustrato para hacer una estructura de tipo jaula de
Faraday que no da un campo E en la estructura.
La antena de cuadro puede ser generalmente plana,
y un método conveniente de acoplamiento de la antena a los
componentes RF sobre una placa de circuito impreso (pci), al tiempo
que se evitan pérdidas debidas al material pci, es el uso de
acoplamientos de bucle magnéticos mediante un bucle montado sobre la
pci que está adyacente a, pero separado de la antena de cuadro.
En una realización de la antena de cuadro que
permite el acoplamiento directo a componentes RF sobre la pci, el
primer extremo que tiene la capacidad de valor fijo y el primer y el
segundo conductor comprenden una estructura que se extiende
sustancialmente ortogonal al segundo extremo, que comprende pistas
impresas eléctricamente conductoras sobre una pci que soporta los
componentes RF.
La presente invención también proporciona un
aparato de radio que tiene una antena de cuadro que comprende un
primer y un segundo conductor eléctrico, sustancialmente
co-extensivos, que tienen un primer y un segundo
extremo correspondientes, proporcionando el primer extremo del
primer conductor y el segundo extremo del segundo conductor salidas
para los circuitos RF del aparato.
La presente invención se describirá ahora a modo
de ejemplo con referencia a los dibujos anexos, en los que:
la figura 1 es un bosquejo de un aparato de radio
realizado según la presente invención,
la figura 2 es un bosquejo que ilustra una
realización de una antena de cuadro para usarse en un aparato de
radio mostrado en la figura 1,
la figura 3 es un bosquejo que ilustra una
segunda realización de una antena de cuadro para usarse en el
aparato de radio mostrado en la figura 1,
la figura 4 es un bosquejo que ilustra el
acoplamiento de una antena de cuadro en una pci usando un
acoplamiento de bucle magnético,
la figura 5 es una vista aumentada del fragmento
rodeado por un círculo mostrado en la figura 2,
las figuras 6 y 7 son bosquejos que muestran
disposiciones de doble bucle usando antenas de cuadro mostradas en
las figuras 2 y 3, respectivamente,
la figura 8 es un bosquejo que ilustra una
tercera realización de una antena de cuadro,
la figura 9 es un bosquejo de una antena de
cuadro fabricada desde línea de transmisión.
En los dibujos se han usado los mismos números de
referencia para indicar aspectos correspondientes.
En referencia a la figura 1, el aparato de radio
comprende un busca 10 que tiene una antena 12 de cuadro acoplada de
forma inductiva por medio de un segundo bucle 14 a circuitos RF
montados sobre una pci 16. Los detalles de los circuitos RF y del
decodificador no son relevantes para la comprensión de la presente
invención y, en consecuencia, no se describirán.
La figura 2 ilustra una primera realización de la
antena 12 de cuadro que puede ser un bucle de metal autoportante o
una pista conductora sobre un sustrato aislante.
La antena 12 de cuadro es generalmente alargada
pero su forma exacta depende de la forma del aparato de radio. La
antena 12 tiene un primer y un segundo extremo 18, 20 que están
interconectados por un primer y un segundo conductor 22, 24. Un
condensador 26 de chip está incorporado en el primer extremo 18 y
sirve para determinar el intervalo de sintonización de la antena
12. Un contacto 18 eléctricamente conductivo interconecta el primer
y el segundo conductor 22, 24 adyacentes a, pero separados del
segundo extremo 20. Un condensador 30 variable mecánicamente está
incluido en el contacto 28 para la sintonización fina de la antena
12. El condensador 26 tiene un factor Q mayor, al menos 10 veces
mayor, que el condensador 30 variable. El condensador 26 de chip
puede ser, por ejemplo, un condensador de vidrio o de cerámica.
La situación del contacto 28 se determina
empíricamente teniendo en cuenta un número de factores. Cuando más
cerca esté el contacto 28 al condensador 26 de chip, mayor será el
intervalo de sintonización, pero también las pérdidas, y cuanto más
cerca esté el contacto 28 al segundo extremo 20, menor será el
intervalo de sintonización pero mayor será la eficiencia. A modo de
guía, para una antena de cuadro de circuito impreso alargada sobre
un sustrato factor Q Hi que tiene generalmente extremos planos, una
longitud de 35 mm y una anchura de 9 mm y una frecuencia de 470
MHz, se consideró aceptable la posición del contacto del orden de 12
mm desde el segundo extremo. El condensador 26 de chip tuvo un
valor de 2,2 pico-farads y la capacidad 30 variable
tuvo un intervalo de 1,3 a 3,7 pico-farads.
La figura 3 ilustra una antena de cuadro que
puede sintonizarse eléctricamente adecuada para un aparato de radio
que funciona en varias frecuencias. Para ser breves, sólo se
describirán las diferencias entre las figuras 2 y 3. La capacidad
variable en esta realización comprende un diodo 32 varactor montado
sobre el contacto 28. Para alterar la capacidad del diodo 32
varactor, se incorpora un condensador 38 de bloqueo cc en el segundo
extremo 20 y se aplica un voltaje de polarización por conductores
40 retorcidos a cada lado del condensador 38.
Los diodos varactores generalmente son
dispositivos disipativos y el efecto disipativo se minimiza usando
el condensador 26 de chip de alto factor Q para sintonizar la antena
12 de cuadro. Además, se prevé un segundo contacto 34 entre el
primer y el segundo conductor 22, 24 en un punto adyacente a, pero
separado del contacto 28. Un condensador 36 ajustable mecánicamente
se incorpora en el segundo contacto 34, el condensador 36 tiene
suficiente intervalo de sintonización para corregir las variaciones
de la frecuencia resonante en la fabricación.
Tal como se muestra, el acoplamiento a los
circuitos RF es a través de un bucle 14. Sin embargo, si es
necesaria una conexión conductora, ésta puede conseguirse mediante
cables 42, 44 conectados al primer y al segundo conductor 22, 24,
respectivamente, en posiciones para alcanzar la impedancia
requerida. Si se considera conveniente, los cables 42, 44 pueden
proporcionar también el voltaje de polarización cc.
Tal como se mencionó en la descripción de la
figura 1 y se mostró con mayor claridad en la figura 4, la antena
12 de cuadro puede acoplarse a la pci 16 por medio de un bucle 14 de
acoplamiento magnético formado por una longitud de cable. Las
ventajas de esta forma de acoplamiento son que la antena 12 de
cuadro está aislada de la pci 16 y sus propiedades disipativas y
que la antena 12 de cuadro puede hacerse por separado a un coste
reducido.
En referencia a la figura 5 que es un detalle del
fragmento rodeado por un círculo de la figura 2, la antena 12 de
cuadro puede fabricarse como una pista conductora sobre un lado de
un sustrato 46, por ejemplo por grabado directo en láminas pci o
impresión de una pista conductora sobre un sustrato 46 dieléctrico.
Sin embargo, la sensibilidad de la antena puede mejorarse
proporcionando antenas 12, 121 de cuadro adosadas a ambos lados del
sustrato 46. Puesto que ambos lados del sustrato 46 estarán al mismo
potencial, el campo E en el material del sustrato se eliminará y
habrá pérdidas mínimas.
Dependiendo de la fabricación de las antenas 12,
121 de cuadro dobles, los efectos de borde pueden afectar de forma
negativa a las ventajas anteriormente mencionadas, pero se ha
observado que al interconectar las antenas de cuadro, es decir por
orificios 48 de paso recubiertos electrolíticamente en el sustrato
46, se crea una estructura tipo jaula de Faraday que inhibe un
campo E en el sustrato. Aunque los orificios 48 se han mostrado en
el centro de las pistas conductoras, pueden estar en otras
posiciones como las áreas marginales de las pistas.
Las figuras 6 y 7 ilustran realizaciones de
antenas de cuadro dobles basadas en la primera y en la segunda
realización mostradas en las figuras 2 y 3. Para ser claros, el
sustratos 46 se indica como referencia pero no se muestra. La
antena 121 de cuadro en las figuras 6 y 7 tiene la misma forma y
tamaño que la antena 12 de cuadro correspondiente y tiene un
condensador 261 de chip en el primer extremo 181 pero no tiene una
capacidad variable en un contacto como puente entre el primer y el
segundo conductor 221, 241 para simplificar la sintonización de la
antena.
La figura 8 ilustra una realización de una antena
12 de cuadro en la que el segundo extremo 20 y el contacto 28 con
un condensador 30 variable mecánicamente están soportados por una
pci 16 con restos de la antena de cuadro extendiéndose
sustancialmente de forma ortogonal a la pci 16. Más en particular,
el primer extremo 18 junto con el primer y el segundo conductor 22,
24 son de un material de pocas pérdidas por ejemplo de cobre
plateado. Es posible que el segundo extremo 20 esté hecho del mismo
material que el resto de la antena de cuadro. El condensador 26 de
alto factor Q se inserta en una abertura en el primer extremo y se
usa para sintonizar el bucle por encima de la frecuencia deseada
del canal. El condensador 26 puede fabricarse con una pequeña pci
con un recubrimiento electrolítico apropiado y un sustrato de pocas
pérdidas, por ejemplo un sustrato cargado con ptfe, o puede ser un
condensador fijo de alto factor Q montado sobre la pequeña pci. El
segundo extremo 20 comprende pistas de cobre sobre la pci y el
condensador 30 ajustable mecánicamente tiene un valor para llevar
la resonancia de la antena de cuadro global a la frecuencia
requerida. El segundo extremo de la antena 12 de cuadro se usa para
contactar de forma inductiva el resto del bucle para obtener la
transformación de la impedancia requerida para ajustarse a un
amplificador 50 con bajo nivel de ruidos.
El factor Q de la red resultante es mayor porque
el condensador 30 ajustable mecánicamente está a través de una
sección de baja impedancia de la antena 12 de cuadro, y la
resistencia parásita equivalente de este condensador 30 se
transforma en un valor por la tasa de la impedancia a través del
condensador 26 de factor Q en la impedancia en las juntas del
segundo extremo 20 con el resto de la antena 12 de cuadro, cuando se
indica a través de la antena. La capacidad del condensador 30 se
transforma de manera similar en valor y, por lo tanto, aparece como
un dispositivo de menor capacidad pero de mayor factor Q a través de
los extremos de la antena 12 de cuadro.
Otros medios para construir una antena
relativamente pequeña usando componentes de bajo coste es fabricar
la antena a partir de una línea de transmisión. La antena puede
hacerse más pequeña siempre que el factor Q del sistema de
detección se incremente para compensar las reducciones en el tamaño
eléctrico. Los valores del factor Q típicos para resonadores de
líneas de transmisión son mucho mayores que los que pueden obtenerse
con circuitos de impedancia localizada normales.
La figura 9 ilustra un ejemplo de una antena de
cuadro que comprende líneas 60, 62 de transmisión dispuestas en
paralelo dobladas para formar bucles, estando acoplado el extremo
opuesto de cada uno con una entrada respectiva de un amplificador
50. Las líneas 60, 62 de transmisión actúan como transformadores de
línea de transmisión que se acoplan magnéticamente a un campo de
radiación y actúan de este modo como una antena. La sintonización
de la antena depende del parámetro bien controlado de la longitud de
la línea de transmisión, de modo que es posible fabricar antenas ya
sintonizadas en la frecuencia de interés.
Opcionalmente, un condensador 30 ajustable
mecánicamente puede proporcionarse para regular la sintonización de
la antena.
Las implementaciones de las antenas de línea de
transmisión pueden comprender:
- (1)
- una hélice de múltiples espiras de un cable coaxial con el conductor interno de un extremo conectado al conductor externo o revestimiento conductivo en el otro extremo y las salidas tomadas del conductor externo en un extremo y del interno en el otro extremo;
- (2)
- un condensador, como un componente enrollado en espiral laminado, similar a un condensador, que comprende dos láminas eléctricamente conductoras intercaladas por un dieléctrico. El extremo interno de una lámina está conectado al extremo externo de la otra lámina y las salidas se derivan del extremo interno de la otra lámina y del extremo externo de la otra lámina; y
- (3)
- estructuras de líneas de cinta para pci o fabricaciones de semiconductores.
Tras la lectura de la presente descripción, otras
modificaciones serán evidentes para los expertos en la técnica.
Tales modificaciones pueden incluir otros rasgos que ya se conocen
en el diseño, fabricación y uso de aparatos de radio y antenas de
cuadro y que pueden usarse en lugar de o además de los rasgos ya
descritos aquí.
Antenas de cuadro para pequeños aparatos tales
como buscas.
Claims (9)
1. Antena (12) de cuadro que
comprende un bucle generalmente alargado formado por un primer y un
segundo conductor (22, 24) interconectados por un primer y un
segundo extremo (18, 20) eléctricamente conductores, un contacto
(28) que interconecta el primer y el segundo conductor (22, 24)
adyacente a, pero separado del segundo extremo (20) y una capacidad
(30) variable en dicho contacto (28), caracterizada por un
condensador (26) de valor fijo para determinar la sintonización de
la antena (12) y que tiene un factor Q mayor que la capacidad (30)
variable, y estando incorporado en el primer extremo (18).
2. Antena (12) de cuadro según la
reivindicación 1, caracterizada porque la capacidad (30)
variable comprende una capacidad eléctricamente ajustable.
3. Antena (12) de cuadro según la
reivindicación 2, caracterizada por otro contacto (34) que
interconecta el primer y el segundo conductor (22, 24) adyacente a,
pero separado del primer contacto (28) mencionado, y un condensador
(36) ajustable mecánicamente en el otro contacto (34).
4. Antena (12) de cuadro según la
reivindicación 1, caracterizada porque comprende un sustrato
(46) y porque el primer y el segundo conductor (22, 24) y el primer
y el segundo extremo (18, 20) comprenden una pista eléctricamente
conductora sobre el sustrato.
5. Antena (12) de cuadro según la
reivindicación 4, caracterizada por otro bucle (121)
generalmente alargado formado por una primera y una segunda pista
(221, 241) eléctricamente conductoras impresas, interconectadas por
un primer y un segundo extremo (181, 201) eléctricamente conductores
en el lado opuesto del sustrato (46) para el primer bucle (12)
mencionado, y por una capacidad (261) de valor fijo incorporada en
el primer extremo (181) del otro bucle (121).
6. Antena (12, 121) de cuadro según
la reivindicación 5, caracterizada porque las pistas (22,
24, 221, 241) eléctricamente conductoras a ambos lados del sustrato
(46) están eléctricamente interconectadas por conexiones (48) a
través del sustrato (46).
7. Antena (12) de cuadro según la
reivindicación 1, caracterizada porque el primer y el segundo
conductor (22, 24) y el primer extremo (18) se extienden
sustancialmente de forma ortogonal al segundo extremo (20).
8. Aparato (10) de radio que
comprende una antena (12) de cuadro según la reivindicación 1
acoplada inductivamente a otro bucle (14) montado sobre una placa
(16) de circuito que soporta componentes RF.
9. Aparato (10) de radio que
comprende una antena de cuadro según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7.
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